JPH02216748A - Sample surface unevenness observation method by reflection electron beam diffraction - Google Patents

Sample surface unevenness observation method by reflection electron beam diffraction

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JPH02216748A
JPH02216748A JP1037142A JP3714289A JPH02216748A JP H02216748 A JPH02216748 A JP H02216748A JP 1037142 A JP1037142 A JP 1037142A JP 3714289 A JP3714289 A JP 3714289A JP H02216748 A JPH02216748 A JP H02216748A
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electron
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Abstract

PURPOSE:To detect the unevenness on the surface of a sample by the atomic layer level, by scanning the designated area of the sample surface with the electron beams, detecting the intensity of the diffraction electron beams at a time at plural points in which the intensity is varied inversely at the atomic layer steps existing at the opposite surface of a diffraction pattern, and carrying out an operation between the intensities of plural diffraction electron beams. CONSTITUTION:The diameter of the incident electron beam 4 generated from an electron gun 1 for diffracting the reflection electron beam of a reflection high speed electron beam diffraction device is focused in order to observe its minute area, and the surface of a sample 3 loaded in a vacuum chamber 28 is scanned. The electron beam 4 from the electron gun 1 is injected to the surface of the sample 3 at the incident angle theta, and diffraction electron beams 5 depending on the crystal orientation and the plainness of the atomic layer level of the surface are generated. The electron beams 5 are injected to a fluorescent plate 6 for reflection electron beam diffraction spot observation. The output of the fluorescent plate 6 is added to an operation circuit 13 through photo-fibers 7-9, an operation is applied to the intensities between the diffraction electron beams detected simultanously, and the unevenness of the sample surface is detected by the atomic layer level.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は反射電子線回折を利用して試料面の原子的スケ
ールでの凹凸構造を観測する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for observing an uneven structure on an atomic scale on a sample surface using reflected electron beam diffraction.

(従来の技術) 半導体素子の高性能化にともない、表面の平坦度を原子
レベルで制御することが必要となってきた。例えば基板
上に異る物質をヘテロエピタキシャル成長させる場合、
具体的には等方性Si上に有極性のGaAs等を堆積す
る場合等には、極性制御のために、基板表面に適当な間
隔で単原子ステップが並ぶことが望まれ、また、超高速
素子を製作する場合には、表面の凹凸が電子の移動度を
低下させる原因となるため、基板表面が原子層レベルで
、できるだけ平坦であることが望まれる。
(Prior Art) As the performance of semiconductor devices increases, it has become necessary to control surface flatness at the atomic level. For example, when growing different materials on a substrate by heteroepitaxial growth,
Specifically, when depositing polar GaAs or the like on isotropic Si, it is desirable to line up monoatomic steps at appropriate intervals on the substrate surface in order to control polarity. When manufacturing a device, it is desirable that the substrate surface be as flat as possible at the atomic layer level, since surface irregularities cause a decrease in electron mobility.

現在では、10kV乃至30kV程度に加速された電子
線を用いた反射高速電子線回折(RHEED)の回折強
度の変化をモニターしながら分子線エピタキシャル成長
(MBE)成長を行うことにより、基板上に成長する薄
膜の厚さを原子層レベルで制御することが可能となって
いる。しかし、従来のRHEEDでは表面全体の平均的
な情報しか得られないため、デバイスを造る微小領域に
おいてIJj7子層以下層以下に対応する表面の原子レ
ベルでの平坦度の制御はできていない。
At present, growth is performed on a substrate by molecular beam epitaxial growth (MBE) while monitoring changes in the diffraction intensity of reflection high-energy electron diffraction (RHEED) using an electron beam accelerated to about 10 kV to 30 kV. It has become possible to control the thickness of thin films at the atomic layer level. However, since conventional RHEED can only obtain average information on the entire surface, it is not possible to control the flatness at the atomic level of the surface corresponding to the IJj7 layer and below in the micro region where the device is manufactured.

このような中で、表面の平坦度を観察する方法が研究さ
れ、透過電子類WIi*を超高真空化し電子ビームが表
面すれすれに入射するように試料をセットして結像させ
る反射電子顕微鏡法(REM法)や、RHEEDの電子
ビームを微小化して回折スポット強度により走査像を得
るマイクロプローブ反射高速電子線回折法(μ−RHE
ED法)を用い、一つの回折スポ゛ットの強度変化を映
像化することにより、試料表面の単原子層ステップの観
察が可能であることが示された。しかしながら、この方
法では原子層ステップの映像のコントラストが低(、ま
た観察領域を特定する手段を持っていないため試料面全
体の原子ステップの分布状態の概念を得ることはできる
が、ステップ観察、平坦度観察のできる装置は未開発で
ある。
Under these circumstances, a method to observe the flatness of the surface was researched, and the reflection electron microscopy method was developed, in which the transmission electron microscope WIi* is placed in an ultra-high vacuum and the sample is set so that the electron beam is incident on the surface so that it forms an image. (REM method), and the microprobe reflection high-speed electron diffraction method (μ-RHE
It was shown that it is possible to observe monoatomic layer steps on the sample surface by imaging the intensity change of a single diffraction spot using the ED method. However, with this method, the contrast of images of atomic layer steps is low (and since there is no means to specify the observation area, it is possible to obtain a concept of the distribution state of atomic steps on the entire sample surface, but step observation, flat No equipment has been developed that can observe the degree of radiation.

(発明が解決しようとする課m> 本発明は、上述したような従来の問題を解決し、試料表
面に入射する電子線の回折を検出する反射高速電子線回
折法により、試料表面の微小領域の原子レベルでの平坦
度の観察を可能にしようとするものである。
(Issues to be Solved by the Invention) The present invention solves the conventional problems as described above, and uses a reflection high-speed electron beam diffraction method that detects the diffraction of an electron beam incident on the sample surface. The aim is to enable the observation of flatness at the atomic level.

(課題を解決しようとするための手段)試料面に収束す
る電子線で試料表面上の指定領域を走査し、回折パター
ンにおいて、試料面に存在する原子層ステップ部分で強
度が互いに反対方向に変化する複数の点で回折電子線の
強度を同時に検出し、更に上記複数の回折電子線強度間
に演算処理を施すことにより、試料面の凹凸を原子層レ
ベルで検出するようにした。
(Means for solving the problem) Scan a designated area on the sample surface with an electron beam converging on the sample surface, and in the diffraction pattern, the intensity changes in opposite directions at the atomic layer step portions existing on the sample surface. By simultaneously detecting the intensity of the diffracted electron beam at a plurality of points, and further performing arithmetic processing between the intensities of the plurality of diffracted electron beams, the unevenness of the sample surface can be detected at the atomic layer level.

(作用) 本発明においては電子線回折パターン上で、電子線が試
料面上の原子層ステップのない平坦な所を照射している
ときと、原子層ステップ部分を照射しているときとで回
折強度が一方は強まり、他方は弱まるような複数の点を
選びその複数の回折電子線強度を同時に検出し、それら
の結果に演算処理を施すことにより、原子層ステップを
検出しているので単一回折斑点の強度変化のみで原子層
ステップを検出しているのに比し、表面の平坦性をはる
かにコントラスト良<11!+111することができる
(Function) In the present invention, diffraction occurs on the electron beam diffraction pattern when the electron beam irradiates a flat area on the sample surface with no atomic layer steps and when it irradiates the atomic layer step portion. Atomic layer steps are detected by simultaneously detecting the intensities of multiple diffracted electron beams by selecting multiple points where the intensity increases on one side and weakens on the other, and performs arithmetic processing on the results. Compared to detecting atomic layer steps only from changes in the intensity of diffraction spots, the flatness of the surface has much better contrast <11! It can be +111.

(実施例) 本発明による反射高速電子線回折装置を以下に述べる。(Example) A reflection high-speed electron diffraction apparatus according to the present invention will be described below.

第1図に本発明による反射高速電子線回折装置を示す。FIG. 1 shows a reflection high-speed electron diffraction apparatus according to the present invention.

本実施例では、反射高速電子線回折に関わる部分のみ例
示するが、例えば、分子線エピタキシ(MBE)装置と
ゲートバルブを介して接続しても良いし、或は分子線エ
ピタキシー装置内に電子線源と検出に関わる設備類を組
み込んでも良い。更に、分析装置として、オージェ電子
分光装置、光電子分光装置、X線マイクロアナライザ装
置等の非破壊的に表面の成分分析可能な装置と複合化し
ても良い。1は反射電子線回折用電子銃(RHEED銃
)である。ミクロンオーダの微小域観察のため、この電
子銃で形成される電子線4の径は、0.1μm以下まで
絞り・込めることが望ましく、また電子線はなるべく平
行に近(ビームの開き角も略lXl0−3ラジアン以下
であることが望ましい。加速電圧は、10〜50kVで
望ましくは、略20kVである。この場合電子線の波長
は、略0.07人であり、試料3へ入射角θは、1゛〜
5°であるので電子線は、表面から高々数原子層程度し
か侵入しない。6は反射電子線回折斑点IlI測用蛍光
板(・検出面)である。RHEED銃1から出射した電
子線4による回折電子線5により、一般に回折パターン
が蛍光板6上に形成される回折斑点からの信号は、光フ
ァイバー?、8.9により検出され、光電子増倍器10
.11.12より増幅され、演算回路13において演算
される。演算回路においては、各回折斑点の強度に任意
定数による乗算処理と、乗算処理の施された各回折斑点
強度間の加減処理等をおこなう。
In this example, only the part related to reflection high-speed electron beam diffraction is illustrated, but for example, it may be connected to a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus via a gate valve, or the electron beam may be connected to a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus through a gate valve. Equipment related to source and detection may be incorporated. Furthermore, the analysis device may be combined with a device capable of non-destructively analyzing surface components, such as an Auger electron spectrometer, a photoelectron spectrometer, or an X-ray microanalyzer. 1 is an electron gun for reflection electron beam diffraction (RHEED gun). In order to observe a minute area on the micron order, it is desirable that the diameter of the electron beam 4 formed by this electron gun be narrowed down to 0.1 μm or less, and the electron beam should be as close to parallel as possible (the opening angle of the beam is also approximately The acceleration voltage is preferably 10 to 50 kV, preferably approximately 20 kV. In this case, the wavelength of the electron beam is approximately 0.07 radians, and the incident angle θ to the sample 3 is , 1 ~
Since the angle is 5°, the electron beam penetrates only a few atomic layers from the surface. 6 is a fluorescent plate (detection surface) for measuring reflected electron beam diffraction spots IlI. A diffraction pattern is generally formed on the fluorescent screen 6 by the diffraction electron beam 5 caused by the electron beam 4 emitted from the RHEED gun 1. The signal from the diffraction spots is transmitted through the optical fiber? , 8.9 and photomultiplier 10
.. 11 and 12, and is calculated in the calculation circuit 13. The arithmetic circuit multiplies the intensity of each diffraction spot by an arbitrary constant, and performs addition/subtraction between the intensities of the multiplied diffraction spots.

演算処理の施された信号14はCRT15に輝度信号と
して入力される。RHEED銃からの電子線の走査信号
16に同期したCRT15には、試料表面上からの回折
強度像(以下走査RHEED像と呼ぶ)が表示される。
The processed signal 14 is input to the CRT 15 as a luminance signal. A diffraction intensity image from above the sample surface (hereinafter referred to as a scanning RHEED image) is displayed on the CRT 15 in synchronization with the scanning signal 16 of the electron beam from the RHEED gun.

本実施例では、回折電子線で蛍光板を発光させ、蛍光板
上の発光スポット強度を光ファイバーで拾って光電子増
倍管10,11.12に導いているが、回折電子線強度
を検出できるならば方法は上記方法に限定されない。
In this example, the fluorescent screen is made to emit light by a diffracted electron beam, and the intensity of the emitted light spot on the fluorescent screen is picked up by an optical fiber and guided to the photomultiplier tubes 10, 11, and 12. However, if the intensity of the diffracted electron beam can be detected, there is a method is not limited to the above method.

光ファイバーの本数は、本実施例では、3本であるが4
本以上であっても良い。また、光ファイバーは、真空外
に置かれ、機械的に移動させ、任意の位置の回折パター
ンの強度を測定することが出来る。光ファイバーの設置
される位置は回折斑点そのものである場合と意識的に回
折斑点の位置からずらす場合がある。3は試料である。
In this example, the number of optical fibers is three, but it is four.
It may be more than a book. Furthermore, the optical fiber can be placed outside a vacuum and moved mechanically to measure the intensity of the diffraction pattern at any position. The position where the optical fiber is installed may be at the diffraction spot itself or may be intentionally shifted from the position of the diffraction spot. 3 is a sample.

本実施例では、直径2インチの試料を観察できる。試料
移動機構30により、電子線の入射位置29を2インチ
ウェハの全面の任意の点に移動することができる。25
は真空排気設備である。本実施例では、イオンポンプと
チタンサブリメーションポンプから構成されるが、略l
Xl0−’ Pa以下に排気でき、かつ、真空チャンバ
−28全体の振動を略0.1μm以下に抑えることがで
きるならば、上記構成に限定しない。27は試料交換予
備室で、真空チャンバー28を大気に間流することな(
試料を交換するものである。
In this example, a sample with a diameter of 2 inches can be observed. The sample moving mechanism 30 can move the electron beam incident position 29 to any point on the entire surface of the 2-inch wafer. 25
is a vacuum exhaust facility. In this example, it is composed of an ion pump and a titanium sublimation pump.
The structure is not limited to the above, as long as it can be evacuated to a pressure of Xl0-' Pa or less and the vibration of the entire vacuum chamber 28 can be suppressed to about 0.1 μm or less. Reference numeral 27 denotes a sample exchange preliminary chamber, which prevents the vacuum chamber 28 from being exposed to the atmosphere (
This is to exchange samples.

本実施例による原子層ステップの観察例について以下に
述べる。
An example of observation of an atomic layer step according to this example will be described below.

試料3を装填した後、観察窓24から試料位置を定める
。一般に下層ステップ[1111を行う試料30表面は
、光学顕微鏡等の観察では、何も観測できないので試料
表面に意図的に形成されたマーカを用いて観察領域の特
定をおこなことが望ましい。 第2図を用いて、回折パ
ターンと回折斑点の例を示す。番号は図1と同一のもの
を同一番号で示す。RHEED銃1からの入射電子線4
は、試料3の表面に入射角θで入射する。入射角θは略
1°〜3°である。入射電子線4は試料表面の結晶方位
、及び表面の原子層レベルでの平坦性に依存した回折電
子線5を生ずる。試料表面の平坦性が数十Å以下である
時、通常第2図に示されるような回折パターン32を生
ずる。従来のRHEED装置では、サジタル面31と検
出面6の直交する線上35の0次ラウェリングの交点の
回折斑点く回折パターン32上のA点に相当する)の強
度変化を用いて入射電子線4を試料表面上を走査させて
走査RHEED(IをCRT15表示していた。第2図
でSは試料面上で一原子層だけ高(なった部分で、この
Sの周囲が原子層ステップである。回折斑点の強度は、
試料表面上の原子層ステップ33.34の部分で変化す
るので、走査RHEED像にコントラストが生ずる・ しかし、唯一の回折斑点の強度変化では、原子層ステッ
プ33.34の部分での強度変化が小さ(、コントラス
トの強い原子ステップ像を得ることができない。例えば
、第3図dの様に非常にコントラストの悪い走査RHE
ED像しか1lflllすることができない。
After loading the sample 3, the sample position is determined through the observation window 24. In general, nothing can be observed on the surface of the sample 30 where the lower step [1111 is performed] by observation using an optical microscope, etc., so it is desirable to specify the observation area using a marker intentionally formed on the sample surface. Examples of diffraction patterns and diffraction spots are shown in FIG. The same numbers as those in FIG. 1 are indicated by the same numbers. Incident electron beam 4 from RHEED gun 1
is incident on the surface of the sample 3 at an incident angle θ. The incident angle θ is approximately 1° to 3°. The incident electron beam 4 generates a diffracted electron beam 5 that depends on the crystal orientation of the sample surface and the flatness of the surface at the atomic layer level. When the flatness of the sample surface is less than a few tens of angstroms, a diffraction pattern 32 as shown in FIG. 2 is usually produced. In the conventional RHEED device, the incident electron beam 4 is detected using the intensity change of the diffraction spot (corresponding to point A on the diffraction pattern 32) at the intersection point of the zero-order Lauering on the line 35 perpendicular to the sagittal plane 31 and the detection plane 6. The scanning RHEED (I) was displayed on a CRT 15 by scanning the surface of the sample. In Fig. 2, S is a part that is one atomic layer high on the sample surface, and the area around this S is an atomic layer step. The intensity of the diffraction spots is
Because the change occurs in the atomic layer steps 33 and 34 on the sample surface, contrast occurs in the scanned RHEED image. However, with the intensity change of the only diffraction spot, the intensity change in the atomic layer step 33 and 34 is small. (It is not possible to obtain an atomic step image with strong contrast. For example, a scanning RHE with very poor contrast as shown in Figure 3 d)
Only the ED image can be viewed 1lfllll.

しかし、本発明による装置では、3本のファイバーを用
いることにより回折パターン上の複数個所の強度変化を
同時に測定し、かつ、それら相互の演算処理を施すこと
で、第3図dと同じ試料部分の原子層ステップを第3図
eのように明瞭に検出表示することが可能である。
However, with the device according to the present invention, by using three fibers to simultaneously measure intensity changes at multiple locations on the diffraction pattern, and by performing mutual calculation processing, it is possible to It is possible to clearly detect and display the atomic layer step as shown in FIG. 3e.

例えば、回折斑点は、試料表面の原子層レベルの凹凸を
反映して、第2図Bに示す様に電子線照射点が平坦部で
はスポット状になり原子層ステップ部分では明瞭なスポ
ットでな(、縦長のストリーク状になることがある。こ
れは原子層ステップの向きにより、ステップが入射電子
線と直交する場合に顕著である。本実施例では、光ファ
イバーによる回折斑点検出位置を第2図Bに示される。
For example, diffraction spots reflect the unevenness of the sample surface at the atomic layer level, and as shown in Figure 2B, the electron beam irradiation point becomes a spot in a flat area, but is not a clear spot in an atomic layer step area ( , it may form a vertically long streak-like shape. This is noticeable when the step is orthogonal to the incident electron beam due to the direction of the atomic layer step. In this example, the detection position of the diffraction spot by the optical fiber is shown in Fig. 2B. is shown.

回折斑点の出る位置(α点)とわずかにずれた位置(β
点)での強度変化を検出し、 1÷ 1(α点の強度)−(β点の強度)(の演算を行
い走査RHEED像として観測した。
The position where the diffraction spot appears (α point) and the slightly shifted position (β point)
The intensity change at point) was detected, and the following calculation was performed: 1÷1 (intensity at point α) - (intensity at point β) (The result was observed as a scanning RHEED image.

その結果第3図aに示される様に原子層ステップ部分の
みに強いコントラストをもつ走査RHEED像を観測で
きた。
As a result, as shown in Figure 3a, a scanning RHEED image with strong contrast could be observed only in the atomic layer step portion.

また以下に説明する様に回折パターン上の同時測定個所
を3ケ所とし演算機能を用いて、試料表面の二次元的な
原子層ステップをコントラスト良く観測することができ
た。第3図aの観測例では、第2図中のサジタル面31
と検出面6の直交する線35上の2点間の演算により、
原子層ステップのコントラストを増大させた。
Furthermore, as explained below, by using three simultaneous measurement points on the diffraction pattern and using arithmetic functions, it was possible to observe two-dimensional atomic layer steps on the sample surface with good contrast. In the observation example in Figure 3a, the sagittal plane 31 in Figure 2
By calculation between two points on the line 35 orthogonal to the detection surface 6,
Increased contrast of atomic layer steps.

次に、サジタル面31と検出面6の直交する線35上の
回折斑点(例えば第2図AのA点)と直交する線35と
平行な線上の回折斑点(例えば0点)との強度演算をお
こなうと、第3図すに示すように先の第3図aの原子層
ステップと試料表面上で直交する原子層ステップのコン
トラストを増大させることができる。つまり上記α、β
、Cの三点での回折スポットの強度について演算を行う
ことにより、第3図Cに示すように原子層ステップの向
きに関せず高コントラストで原子層ステップを検出表示
させることができた。原子層ステップのIl!測は、上
記実施例で用いた回折斑点でなくても、例えば、第2図
の0次ラウェリング上もしくは、1次のラウェリング状
の個所を用いても原子層ステップの観測は可能である。
Next, intensity calculation is performed between a diffraction spot on a line 35 perpendicular to the sagittal plane 31 and the detection plane 6 (for example, point A in FIG. 2A) and a diffraction spot on a line parallel to the perpendicular line 35 (for example, point 0). By doing so, as shown in FIG. 3, the contrast between the atomic layer step shown in FIG. 3a and the atomic layer step perpendicular to the sample surface can be increased. In other words, the above α, β
By calculating the intensities of the diffraction spots at three points , C, it was possible to detect and display the atomic layer step with high contrast, regardless of the direction of the atomic layer step, as shown in FIG. 3C. Atomic layer step Il! The atomic layer step can be observed even if the diffraction spot used in the above embodiment is not used, for example, by using a 0th-order Lauelling or a 1st-order Lauelling-like spot in FIG. 2.

その際に二点以上の個所の強度変化の差分等の演算処理
により、原子像ステップのコントラストを増大させるこ
とができる。
At this time, the contrast of the atomic image step can be increased by calculating the difference in intensity changes between two or more points.

(他の実施例) 第1図の実施例においては、試料3表面の原子層ステッ
プの二次元的分布しか測定できない。
(Other Examples) In the example shown in FIG. 1, only the two-dimensional distribution of atomic layer steps on the surface of the sample 3 can be measured.

半導体デバイス用薄膜形成前に、表面の原子層レベルで
の凹凸を制御する必要があるが、本発明による原子層ス
テップ走査RHEED像では、原子像ステップの分布を
秒単位で表示できるので、試料加熱時等における原子像
ステップのダイナミックな変化をその場で現時点観察す
ることができる。
Before forming a thin film for semiconductor devices, it is necessary to control surface irregularities at the atomic layer level, but with the atomic layer step scanning RHEED image according to the present invention, the distribution of atomic image steps can be displayed in seconds. Dynamic changes in atomic image steps over time can be observed on the spot.

第4図に、その現時点観察用の装置の時を示す。第1図
1と同一の部分は、同一番号で示した。45は試料3を
保持するホルダである。窒化ボロン上にTa製ヒークを
配置し、試料3を最高1000°Cまで加熱することが
できる。43は、試料3の表面のみを加熱するための光
源である。光源として、Xeランプ、Wランプ、He−
Naレーザ、YAGレーザ、CO2レーザ等を用いる。
FIG. 4 shows the time of the current observation device. The same parts as in FIG. 1 are indicated by the same numbers. 45 is a holder that holds the sample 3; A heater made of Ta is placed on boron nitride, and sample 3 can be heated to a maximum of 1000°C. 43 is a light source for heating only the surface of the sample 3. As a light source, Xe lamp, W lamp, He-
Na laser, YAG laser, CO2 laser, etc. are used.

光ビームはウェハ全体を加熱する様に、ウェハ全体を走
査しても良い。41は、エツチングガスを導入するイオ
ン銃である。イオンとしては、不活性ガスAr、Xe、
Krの他、フッ素系ガス。
The light beam may be scanned across the wafer to heat the entire wafer. 41 is an ion gun for introducing etching gas. As ions, inert gas Ar, Xe,
In addition to Kr, fluorine gases.

塩素系ガスを導入することができる。第3図に示す実施
例の様に、試料加熱機能、エツチング機能を備えたRH
EED装置により、試料表面の原子層ステップが加熱や
エツチングにより変化する様子をH利することができた
。第5図は加熱による原子層ステップの変化の一例を示
す。同図aは加熱前、bは加熱後で加熱によるステップ
の移動が観ぶりできた。
Chlorine gas can be introduced. As shown in the embodiment shown in Fig. 3, the RH is equipped with a sample heating function and an etching function.
Using the EED device, we were able to observe how the atomic layer steps on the sample surface change due to heating and etching. FIG. 5 shows an example of changes in atomic layer steps due to heating. In the same figure, the movement of the steps due to heating can be seen clearly: before heating (a) and after heating (b).

(発明の効果) 本発明によれば試料面の原子層ステップのI!測が電子
線による試料面走査中の単一の回折斑点の強度等の変化
でな(、回折パターン上の複数の点でステップ部分で強
度変化が相互反対になる点をとって演算によりステップ
の検出を行っているので、原子層ステップがきわめて明
瞭に検出され表示される。
(Effects of the Invention) According to the present invention, I! of the atomic layer step on the sample surface! The measurement is based on the change in the intensity of a single diffraction spot during scanning of the sample surface by the electron beam. Because of the detection, the atomic layer steps are detected and displayed very clearly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例装置の縦断側面図、第2図A
は上記装置による回折パターンの図、第2図Bは本発明
の作用説明図、第3図は本発明による表示パターン例、
第4図は本発明の他の実施例の縦断側面図、第5図は加
熱による原子層ステップの移動を示す実施例を示す図で
ある。 l・・・反射電子線回折様電子銃(RHEED)銃、3
・・・試料、4・・・RHEED銃からの電子線、5・
・・反射電子線回折線、6・・・反射電子線回折斑点観
測用蛍光板(検出面)、7・・・光ファイバー1.8・
・・光ファイバー2.9・・・光ファイバー3.10・
・・光電子増倍管1,11・・・光電子増倍管2.12
・・・光電子増倍管3.13・・・演算回路、14・・
・反射電子線回折斑点強度から得られた電気信号、15
・・・CRTI、16・・・RHEED銃からの電子線
を走査するための走査信号、17・・・SEM銃からの
電子線、18・・・入射電子線により試料表面から発声
した二次電子、19・・・二次電子検出器、20・・・
二次電子信号、21・・・CRT2.22・・・RHE
ED銃からの電子線を走査するための走査信号、23・
・・SEM銃からの電子線を走査すめための走査信号、
24・・・試料観察用窓、25・・・真空排気設備、2
6・・・ゲートバルブ、27・・・試料装填予備室、2
8・・・真空チャンバー、29・・・電子線入射点、3
0・・・試料移動機構、31・・・入射電子線のサジタ
ル面、32・・・回折パターン、33・・・サジタル面
に直交する原子層ステップ、34・・・サジタル面に平
行な原子層ステップ。41・・・エツチングガスを導入
するイオン銃、42・・・イオンビーム、43・・・イ
オンビーム、43・・・試料表面加熱光源、44・・・
光ビーム、45・・・ヒータ付試料ホルダ。 代理人  弁理士 縣  浩 介 II2図(,4) 第2図 (B) 111図 13!!1 14図 1に (aン (bン 第5図 1、It)71
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional side view of an apparatus according to an embodiment of the present invention, Fig. 2A
is a diagram of a diffraction pattern obtained by the above device, FIG. 2B is an explanatory diagram of the operation of the present invention, and FIG. 3 is an example of a display pattern according to the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional side view of another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing an embodiment showing movement of atomic layer steps by heating. l...Reflected electron diffraction-like electron gun (RHEED) gun, 3
... Sample, 4... Electron beam from RHEED gun, 5.
... Backscattered electron diffraction line, 6... Fluorescent plate for backscattered electron diffraction spot observation (detection surface), 7... Optical fiber 1.8.
・・Optical fiber 2.9・・Optical fiber 3.10・
... Photomultiplier tube 1, 11 ... Photomultiplier tube 2.12
...Photomultiplier tube 3.13...Arithmetic circuit, 14...
・Electrical signal obtained from reflected electron beam diffraction spot intensity, 15
...CRTI, 16...Scanning signal for scanning the electron beam from the RHEED gun, 17...Electron beam from the SEM gun, 18...Secondary electrons emitted from the sample surface by the incident electron beam , 19... secondary electron detector, 20...
Secondary electron signal, 21...CRT2.22...RHE
Scanning signal for scanning the electron beam from the ED gun, 23.
...Scanning signal for scanning the electron beam from the SEM gun,
24... Sample observation window, 25... Vacuum exhaust equipment, 2
6...Gate valve, 27...Sample loading preliminary chamber, 2
8... Vacuum chamber, 29... Electron beam incidence point, 3
0... Sample movement mechanism, 31... Sagittal plane of incident electron beam, 32... Diffraction pattern, 33... Atomic layer step perpendicular to the sagittal plane, 34... Atomic layer parallel to the sagittal plane step. 41... Ion gun for introducing etching gas, 42... Ion beam, 43... Ion beam, 43... Sample surface heating light source, 44...
Light beam, 45...Sample holder with heater. Agent Patent Attorney Hiroshi Agata II Figure 2 (,4) Figure 2 (B) 111 Figure 13! ! 1 14 In Figure 1 (a (b) Figure 5 1, It) 71

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 試料面上に収束する電子線により試料面を走査する手段
と、上記電子線の試料面からの回折電子線により形成さ
れる回折パターン上で、回折電子線強度が試料面の原子
層ステップにおいて逆相的変化を示す複数の点において
、回折電子線の強度を検出する手段と、上記複数の検出
手段の出力に対して演算処理を施す手段とを備えた反射
電子線回折による試料表面凹凸観測方法。
A means for scanning the sample surface with an electron beam converging on the sample surface, and a diffraction pattern formed by the diffraction electron beam from the sample surface, in which the intensity of the diffracted electron beam is reversed at the atomic layer step of the sample surface. A method for observing irregularities on a sample surface using reflected electron beam diffraction, comprising means for detecting the intensity of a diffracted electron beam at a plurality of points showing a phase change, and a means for performing arithmetic processing on the outputs of the plurality of detection means. .
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